郭劍陽,杜 平,張冬花

(濱州學(xué)院 化學(xué)與安全學(xué)院,山東 濱州 256600)

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，環(huán)境問題引起了人們的注意，光催化處理環(huán)境污染物成為研究熱點(diǎn)。TiO2因其性質(zhì)穩(wěn)定、無毒、高催化活性，空穴易復(fù)合且能夠?qū)⒂袡C(jī)污染物徹底轉(zhuǎn)化成CO2和H2O引起學(xué)者的興趣，但因其易團(tuán)聚缺點(diǎn)而限制應(yīng)用[1-2]。靜電紡絲技術(shù)制備方法簡(jiǎn)單易行，易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，既能克服催化劑團(tuán)聚又提高材料的功能化而備受關(guān)注[3-4]。磁性BiFeO3的電磁場(chǎng)極化導(dǎo)致能帶呈負(fù)性，定量地抑制光生載流子重組，與TiO2形成復(fù)合物使催化效率大大增強(qiáng)[5]。

本文采用靜電紡絲技術(shù)、水熱兩步合成BiFeO3/TiO2復(fù)合物，并應(yīng)用于甲基橙的紫外光降解，有望在光催化和電化學(xué)體系中廣泛應(yīng)用。

1 催化劑制備

A液：稱取0.5g PVP溶于10mL乙醇，室溫下攪拌均勻；B液：3mL醋酸和1.5g鈦酸異丙酯，混合磁力攪拌均勻。將B緩慢加入A中，攪拌至透明液體，作為前驅(qū)體紡絲液，按設(shè)定好的參數(shù)設(shè)置紡絲機(jī)，獲得的納米材料，干燥后，于馬弗爐500℃煅燒。得到純的TiO2納米纖維。BiFeO3采用檸檬酸-硝酸鹽法制備納米顆粒燃燒法制備[6]。將制備的TiO2和BiFeO3按照1∶1(質(zhì)量比)混合，制成懸浮液，80℃下回流2 h促進(jìn)兩者的交聯(lián)，晾干后，將粉末500℃煅燒2 h，得到BiFeO3/TiO2磁性納米纖維。

2 BiFeO3/TiO2催化劑的表征

將制備的催化劑進(jìn)行了相關(guān)表征，表征結(jié)果顯示BiFeO3在TiO2纖維表面分散性很好，同時(shí)對(duì)催化劑進(jìn)行了紫外可見光譜分析(圖1)。在紫外區(qū)，純TiO2在紫外區(qū)吸光能力較強(qiáng)，在可見光下BiFeO3/TiO2表現(xiàn)了較強(qiáng)的光吸收性，復(fù)合物中BiFeO3和TiO2相互作用，在鐵電域內(nèi)自發(fā)極化，BiFeO3能帶彎曲，驅(qū)動(dòng)光敏電子反方向運(yùn)動(dòng)，從而抑制空穴重組，導(dǎo)致光催化效率的增強(qiáng)[7]。

圖1 BiFeO3/TiO2、BiFeO3和TiO2的紫外可見光譜圖

3 光降解

光催化實(shí)驗(yàn)在多試管光化學(xué)反應(yīng)器(XPA-7型，南京胥達(dá)機(jī)電廠)中進(jìn)行，采用500W金氯燈提供可見光，反應(yīng)溫度在20℃，光照前反應(yīng)液需進(jìn)行攪拌達(dá)到吸附平衡。光照后，間隔一定時(shí)間收集反應(yīng)液，催化效率如圖2。

圖2 不同催化劑在可見光下對(duì)于甲基橙的催化效率

4 結(jié)論

論文通過靜電紡絲和水熱合成兩步合成了BiFeO3/TiO2復(fù)合物，提高了催化劑在可見光的吸收效率，并有效抑制了電子與空穴的復(fù)合，使得催化能力明顯提高?？梢姽庀?，對(duì)甲基橙進(jìn)行了光催化，BiFeO3/TiO2(質(zhì)量比1∶1)在90 min時(shí)催化效率最高，達(dá)到約90%，大大增強(qiáng)了其光催化活性，使得該復(fù)合物有較大的經(jīng)濟(jì)效益和潛在的應(yīng)用價(jià)值。